(57)【要約】【課題】細切れの又は粒状の湿分５〜２０％の原材料の熱分解プロセスには、熱分解容器内での低い熱伝導性がつきまとう。この理由のため、前記の原材料で行われるバッチ様式の熱分解プロセスは、程度の不均一な焙焼及び炭化をもたらす。【解決手段】熱分解容器内での熱伝導は、如何なる可動部を伴わずに、部分的又は完全に燃焼された高温の合成ガスを、熱分解容器の外側（すなわち、熱分解容器とそれを包囲する円筒体との間のダウンドラフト空間）と、内側（すなわち、中心煙突）の両方から近接させることによって事実上改善される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥形の有機原材料の熱分解のために使用される本質的に縦型の円筒形の装置であって、中心煙突及び外側円筒体を備え、チャコールタール及びチャコールビネガーの凝縮及び収集のための漏斗形状の水ジャケットを有する前記装置において、得られた合成ガスは、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーを除去して清浄化され、清浄化された合成ガスは、熱分解容器と外側円筒体との間の空間で下方向に導かれ、再び中心煙突を通じて上方向に運ばれ、そして更なる使用のために回収されることを特徴とする前記装置。
【請求項２】
熱分解容器の漏斗形状の上方部の頂部に、バッチ運転様式又は連続運転様式のいずれも可能である気密のフィーダーを備え、それによって、茎及びわらなどの粒状の、チップ状のもしくはペレット状の生物源廃棄物又は任意の他の粒状形の、チップ形のもしくはペレット形のかかる廃棄物からなる原材料が装置に装填される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
熱分解容器の頂部を取り囲んで又は熱分解容器から離れて冷却ジャケットを備え、前記冷却ジャケットは、冷却媒体の入口と冷却媒体の出口とを備え、それによって、熱分解容器から発生する合成ガスの凝縮性の化合物、実質的にチャコールタール及びチャコールビネガーの凝縮が引き起こされ、かつ前記冷却ジャケットの内周上に環状の傾斜リムを備え、該リムがその最も低い地点で凝縮物出口に導いている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
熱分解容器の円筒部を取り囲む外側円筒体であって、環状の二次バーナー及び個別に調節可能な空気入口を備えた前記外側円筒体から構成され、それによって、所望の熱分解温度に応じて、清浄化された合成ガスは部分的又は完全に燃焼され、それは引き続き下方向に装置の基部へと運ばれる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
環状のメインバーナーと個別に調節可能な空気入口とを備え、それによって、清浄化された合成ガスが部分的に又は完全に燃焼され、それは引き続き上方向に中心煙突を通じて運ばれ、その際、前記バーナーは、稼働の開始時に熱分解容器内に発熱条件を達成するために、代替的に、天然ガスなどの外部ガス状エネルギーキャリヤーを用いて稼働できる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
加熱炉又は内燃機関からの高温の排ガスを、焙焼もしくは熱分解に使用される原材料に対して直接的に導く任意の入口を備えている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
熱及び／又は残りの合成ガスを上方向で煙突の出口へと導く中心煙突から構成され、その際、任意の三次バーナーが取り付けられており、それによって、残りの合成ガスは完全に燃焼されるか、又は選択的に、残りの合成ガスは任意のブロワによって貯蔵タンクもしくは熱交換器へと運ばれる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
バッチ運転又は連続運転のいずれも可能であり、焙焼された木材又はチャコールを排出する気密なオーガから構成され、それによって、得られた生成物は密閉チャコールダンプ中に排出される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
メインバーナーと二次バーナーの空気入口を調節するために、１個又は数個の温度センサを備えている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
チャコールを排出するオーガによって運ばれたチャコールのクエンチングのために、密閉チャコールダンプの頂部に任意の水もしくはスチームの入口を備えている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
高温のガスが、これらの粒子への熱伝導を高める手段として原材料床中に直接的に注入される、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
二酸化炭素が、フレアガス流から気泡凝縮器を用いて除去される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
植物の茎、木材チップ、ペレット状のわら又は乾燥堆肥からなる粒状の又は細切れの原材料であって、直径２〜５センチメートルの範囲の寸法のものを使用できる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法。
【請求項１４】
湿分５〜２０％の範囲の前記の細切れの原材料を使用することができる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法。
【請求項１５】
焙焼された木質材料と共に、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーを、２００〜２５０℃の範囲の熱分解温度で製造できる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は請求項１３もしくは１４に記載の方法。
【請求項１６】
チャコールと共に、凝縮性のチャコールタール、チャコールビネガー及び合成ガスを、３５０〜５００℃の範囲の熱分解温度で製造できる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は請求項１３もしくは１４に記載の方法。
【請求項１７】
熱分解温度５００〜７５０℃の範囲で、凝縮性のチャコールタール、チャコールビネガー及び灰を伴って、請求項１１及び１２による原材料を完全にガス化させることができる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は請求項１３もしくは１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焙焼された木材、チャコール、チャコールタール、チャコールビネガー及び合成ガスを、様々な固形有機原材料、例えば茎、わら及び他の生物源廃棄物であって粒状形、ペレット形又はチップ形のものから製造を可能にする装置に関する。１つの入口が、加熱炉又は内燃機関からの高温の排ガスを原材料に導通させるために設けられ、かつ個別に調節可能な空気入口を備えた３つのバーナーは、熱分解プロセスの柔軟な管理を可能にする。該装置は、バッチ様式又は連続様式で稼働でき、該装置は、フィーダーと、中心煙突を有する円筒型の基部に取り付けられた漏斗形状の熱分解容器と、生じた合成ガスを下方向に熱分解容器の外側で循環する目的と、凝縮性液体を水冷ジャケットによって収集する目的とを有する外側円筒体を備えている。前記の中心煙突は、残りの合成ガス及び／又は熱を収集して、それを頂部に送り、そこで更なる使用のために回収される。
【背景技術】
【０００２】
細切れの又は粒状の湿分５〜２０％の原材料の熱分解プロセスには、熱分解容器内での低い熱伝導性がつきまとう。この理由のため、前記の原材料で行われるバッチ様式の熱分解プロセスは、程度の不均一な焙焼及び炭化をもたらす。
【０００３】
連続様式の熱分解装置においては、この熱伝導の制限は、熱分解反応器内に可動機構を挿入することによって対処され、それにより、挿入された原材料は循環されて、それを一様な焙焼及び炭化を保証するのに十分な熱にさらす。ＵＳ４，３０８，１０３号は、この目的のために水平な複数のパドルを開示し、一方、ＵＳ４，５８３，９９２号は、回転する火格子を有する縦型円筒体を提案している。これらの付加は、作業を複雑にし、それを比較的高価なものにする。
【０００４】
もう一つの制限は、得られた合成ガスが、すぐに完全にかつプロセス内で合成ガスから除去するのが困難な凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーで負荷されていることである。それは、ガス駆動型発動機での燃料として更にそれを使用することを制限する。ＵＳ２００７／０２０９９２３号は、タール清浄プラグを有するオーガシステムを予見している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ４，３０８，１０３号
【特許文献２】ＵＳ４，５８３，９９２号
【特許文献３】ＵＳ２００７／０２０９９２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
細切れの又は粒状の湿分５〜２０％の原材料の熱分解プロセスには、熱分解容器内での低い熱伝導性がつきまとう。この理由のため、前記の原材料で行われるバッチ様式の熱分解プロセスは、程度の不均一な焙焼及び炭化をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、両方の制限を解決する。熱分解容器内での熱伝導は、如何なる可動部を伴わずに、部分的又は完全に燃焼された高温の合成ガスを、熱分解容器の外側（すなわち、熱分解容器とそれを包囲する円筒体との間のダウンドラフト空間）と、内側（すなわち、中心煙突）の両方から近接させることによって事実上改善される。凝縮性のチャコールタールとチャコールビネガーの回収は、漏斗形状の装置上方部の外側に水ジャケットを組み込むことによって該装置に統合される。前記の水ジャケットは、個別に調節可能な水の入口と出口によって駆動でき、その目的は、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーの回収の最適化である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明による焙焼された木質材料、チャコール、チャコールタール、チャコールビネガー及び合成ガスの製造のための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による好ましい実施の形態１は、乾燥形の有機原材料の熱分解のために使用される本質的に縦型の円筒形の装置であって、中心煙突及び外側円筒体を備え、チャコールタール及びチャコールビネガーの凝縮及び収集のための漏斗形状の水ジャケットを有する前記装置において、得られた合成ガスは、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーを除去して清浄化され、清浄化された合成ガスは、熱分解容器と外側円筒体との間の空間で下方向に導かれ、再び中心煙突を通じて上方向に運ばれ、そして更なる使用のために回収されることを特徴とする前記装置である。
【００１０】
本発明による好ましい実施の形態２は、熱分解容器の漏斗形状の上方部の頂部に、バッチ運転様式又は連続運転様式のいずれも可能である気密のフィーダーを備え、それによって、茎及びわらなどの粒状の、チップ状のもしくはペレット状の生物源廃棄物又は任意の他の粒状形の、チップ形のもしくはペレット形のかかる廃棄物からなる原材料が装置に装填される、形態１に記載の装置である。
【００１１】
本発明による好ましい実施の形態３は、熱分解容器の頂部を取り囲んで又は熱分解容器から離れて冷却ジャケットを備え、前記冷却ジャケットは、冷却媒体の入口と冷却媒体の出口とを備え、それによって、熱分解容器から発生する合成ガスの凝縮性の化合物、実質的にチャコールタール及びチャコールビネガーの凝縮が引き起こされ、かつ前記冷却ジャケットの内周上に環状の傾斜リムを備え、該リムがその最も低い地点で凝縮物出口に導いている、形態１又は２に記載の装置である。
【００１２】
本発明による好ましい実施の形態４は、熱分解容器の円筒部を取り囲む外側円筒体であって、環状の二次バーナー及び個別に調節可能な空気入口を備えた前記外側円筒体から構成され、それによって、所望の熱分解温度に応じて、清浄化された合成ガスは部分的又は完全に燃焼され、それは引き続き下方向に装置の基部へと運ばれる、形態１から３までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１３】
本発明による好ましい実施の形態５は、環状のメインバーナーと個別に調節可能な空気入口とを備え、それによって、清浄化された合成ガスが部分的に又は完全に燃焼され、それは引き続き上方向に中心煙突を通じて運ばれ、その際、前記バーナーは、稼働の開始時に熱分解容器内に発熱条件を達成するために、代替的に、天然ガスなどの外部ガス状エネルギーキャリヤーを用いて稼働できる、形態１から４までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１４】
本発明による好ましい実施の形態６は、加熱炉又は内燃機関からの高温の排ガスを、焙焼もしくは熱分解に使用される原材料に対して直接的に導く任意の入口を備えている、形態１から５までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１５】
本発明による好ましい実施の形態７は、熱及び／又は残りの合成ガスを上方向で煙突の出口へと導く中心煙突から構成され、その際、任意の三次バーナーが取り付けられており、それによって、残りの合成ガスは完全に燃焼されるか、又は選択的に、残りの合成ガスは任意のブロワによって貯蔵タンクもしくは熱交換器へと運ばれる、形態１から６までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１６】
本発明による好ましい実施の形態８は、バッチ運転又は連続運転のいずれも可能であり、焙焼された木材又はチャコールを排出する気密なオーガから構成され、それによって、得られた生成物は密閉チャコールダンプ中に排出される、形態１から７までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１７】
本発明による好ましい実施の形態９は、メインバーナーと二次バーナーの空気入口を調節するために、１個又は数個の温度センサを備えている、形態１から８までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１８】
本発明による好ましい実施の形態１０は、チャコールを排出するオーガによって運ばれたチャコールのクエンチングのために、密閉チャコールダンプの頂部に任意の水もしくはスチームの入口を備えている、形態１から９までのいずれか１項に記載の装置である。
【００１９】
本発明による好ましい実施の形態１１は、高温のガスが、これらの粒子への熱伝導を高める手段として原材料床中に直接的に注入される、形態１から１０までのいずれか１項に記載の装置である。
【００２０】
本発明による好ましい実施の形態１２は、二酸化炭素が、フレアガス流（ｆｌａｒｅ ｇａｓ ｓｔｒｅａｍ）から気泡凝縮器（ｂｕｂｂｌｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）を用いて除去される、形態１から１１までのいずれか１項に記載の装置である。
【００２１】
本発明による好ましい実施の形態１３は、植物の茎、木材チップ、ペレット状のわら又は乾燥堆肥からなる粒状の又は細切れの原材料であって、直径２〜５センチメートルの範囲の寸法のものを使用できる、形態１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法である。
【００２２】
本発明による好ましい実施の形態１４は、湿分５〜２０％の範囲の前記の細切れの原材料を使用することができる、形態１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法である。
【００２３】
本発明による好ましい実施の形態１５は、焙焼された木質材料と共に、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーを、２００〜２５０℃の範囲の熱分解温度で製造できる、態様１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は態様１３もしくは１４に記載の方法である。
【００２４】
本発明による好ましい実施の形態１６は、チャコールと共に、凝縮性のチャコールタール、チャコールビネガー及び合成ガスを、３５０〜５００℃の範囲の熱分解温度で製造できる、態様１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は態様１３もしくは１４に記載の方法である。
【００２５】
本発明による好ましい実施の形態１７は、熱分解温度５００〜７５０℃の範囲で、凝縮性のチャコールタール、チャコールビネガー及び灰を伴って、請求項１１及び１２による原材料を完全にガス化させることができる、態様１から１２までのいずれか１項に記載の装置を基礎とする方法又は態様１３もしくは１４に記載の方法である。
【００２６】
細切れの、粒状の、チップ状の又はペレット状の固形原材料は、熱分解容器（１）中に、バッチ様式又は連続様式のいずれかで、気密のフィーダー（２）によって、貯蔵容器又はコンベヤベルトもしくはオーガから導入される。該方法は、原材料を、熱分解容器内で、前記容器の底部のメインバーナー（３）を用いて、かつ外部エネルギー源を用いて、例えば天然ガスを用いて、又は必要なエネルギーの一部を提供する加熱炉又は内燃機関からの高温の排ガス（１３）と組み合わせて加熱することによって開始される。熱分解容器中の温度上昇に伴って、水蒸気と凝縮性の物質及び合成ガス（一酸化炭素、水素及びメタン）が放出され、その際、該凝縮性の物質は冷却ジャケット（４）により冷却された表面上で回収され、環状の傾斜リムによって収集され、その最も低い地点の出口（５）で排出される。水か、その代わりに熱媒油を、冷却媒体として使用することができる。個別に調節可能な空気入口を有する環状の二次バーナー（６）が設けられ、それにより、清浄な合成ガスを部分的又は完全に燃焼させて、熱分解容器中の温度を操作するか、又は清浄化された合成ガスを空気入口の閉鎖により未燃焼にするか、のいずれかが行われる。残りの高温の合成ガスは、熱分解容器の外側で下方向に導かれ、再び中心煙突（７）を通じて上方向に運ばれる。熱分解容器の底部に位置するメインバーナーを使用して、残りの合成ガスを部分的にもしくは完全に燃焼させるか、又はそれを空気入口の閉鎖によって未燃焼で通過させることができる。煙突の頂部で、個別に調節可能な空気入口を有する任意の三次バーナー又は任意のブロワー（９）が取り付けられていてよく、それにより、残りの合成ガスを燃焼させるか、又はそれを貯蔵タンクもしくは熱交換器へと運ぶか、のいずれかが行われる。焙焼された木材又はチャコールの排出用のオーガ（１０）は、バッチ様式又は連続様式で稼働させることができる。前記オーガは、得られた生成物を、密閉ダンプ（１２）に運ぶ。その入口には、水もしくはスチームの入口（１１）が取り付けられていて、その目的は、排出されたチャコールのクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）である。
【実施例】
【００２７】
実施例１：  焙焼された木質材料及び凝縮性の物質の製造
熱分解容器内の温度を２００〜２５０℃に維持すると、原材料が焙焼される一方で、実質的に全ての凝縮性の物質を回収できる。この方法の利点は、原材料中に含まれる炭素の９０％超を、焙焼された材料の形で保存でき、該プロセスでそれが疎水性となるので長時間にわたり簡単に貯蔵できることである。焙焼された木材は、また、肥沃性の向上のために及び／又は大気炭素の捕捉のために土壌に導入した場合に、分解に対して高度に抵抗性である。この場合に、焙焼された木材は、好適な酸化剤で処理して、それに親水性を与えることができる。２０％の湿分での原材料のメートルトン当たりに、約２２０リットルの凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーが得られる。
【００２８】
実施例２：  チャコール、凝縮性の物質及び合成ガスの製造
熱分解容器中の温度を３５０〜５００℃で維持することによって、原材料中に含まれる約５０質量％の炭素が合成ガスの形で遊離する一方で、残りはチャコールの形で保存される。その比較的低い密度のため、原材料１メートルトンから約３００〜３５０キログラムのチャコールを得ることができる。前記の原材料の湿分に応じて、凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーの量は、原材料１トン当たりに２００リットルまでの範囲である。
【００２９】
実施例３：  凝縮性の物質、合成ガス及び灰の製造
原材料１メートルトン当たりに２００リットルまでの範囲である凝縮性のチャコールタール及びチャコールビネガーを始めに排除した後に、熱分解を、５００〜７５０℃の温度で実施できる。これにより、原材料が合成ガスの形で事実上完全にガス化し、その際、そのプロセスにおいてチャコールは残らないが、その組成及び起源に応じて、乾燥物当量で初期原材料の質量の８％までの量の灰が残る。
【符号の説明】
【００３０】
１  熱分解容器、  ２  フィーダー、  ３  メインバーナー及び空気入口、  ４  水ジャケット、  ５  凝縮物出口、  ６  二次バーナー及び空気入口、  ７  中心煙突、  ８  任意の三次バーナー及び空気入口、  ９  任意のブロワ、  １０  チャコールを排出するオーガ、  １１  クエンチングのための水又はスチームの入口、  １２  チャコールダンプ、  １３  排ガス用の任意の入口
【図１】
2013018885.tif 000003